SMA瀝青瑪蹄脂混合料路面施工質(zhì)量控制探討

劉 洋,郭寧寧

（北京城建道橋建設(shè)集團(tuán)有限公司,北京 100020）

0 引言

SMA 指的是瀝青瑪蹄脂碎石混合料，該施工材料出現(xiàn)后最先在歐美等國(guó)家和地區(qū)公路工程建設(shè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。我國(guó)于20 世紀(jì)90年代引進(jìn)相關(guān)理論和施工工藝，此后便掀起了大規(guī)模理論研究與工程實(shí)踐，取得了一定成果。隨著我國(guó)公路建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，大型車輛及重載交通占比越來(lái)越高，瀝青路面早期病害愈發(fā)嚴(yán)重。SMA混合料因具備較好的抗變形、抗荷載能力，在路面車轍、擁包等病害處治方面優(yōu)勢(shì)顯著；SMA 混合料還具備間斷級(jí)配，通過熱拌熱鋪形成骨架密實(shí)型結(jié)構(gòu)，具備高溫穩(wěn)定性、耐久性、水穩(wěn)性和抗滑性等高等級(jí)瀝青路面上面層天然優(yōu)勢(shì)。基于此，該文依托某高速公路病害瀝青路面，重點(diǎn)對(duì)SMA 混合料配合比設(shè)計(jì)及施工過程控制展開分析，以便為具體工程SMA 瀝青瑪蹄脂混合料路面施工提供參考借鑒。

1 工程概況

某高速公路起點(diǎn)里程和終點(diǎn)里程分別為K41+000～K53+470，全線長(zhǎng)度為12.47 km，2016年底竣工通車，按照原設(shè)計(jì)，路面由上至下依次為SAC-16 上面層、AC-20 Ⅰ中面層、AC-25 Ⅱ下面層、瀝青砂下封層、5%水穩(wěn)碎石基層、3%水穩(wěn)碎石底基層，各結(jié)構(gòu)層的設(shè)計(jì)厚度分別為4 cm、4 cm、6 cm、1 cm、33 cm、20 cm，設(shè)計(jì)使用年限為15年。路段于2020年初表現(xiàn)出凹陷、坑槽、網(wǎng)裂、唧漿等早期病害，如果不及時(shí)處理，既有病害必將快速擴(kuò)展惡化，甚至危及基層穩(wěn)定，使公路路用性能徹底喪失，養(yǎng)護(hù)處治費(fèi)用倍增。公路管理部門經(jīng)過調(diào)研和驗(yàn)證，決定銑刨病害嚴(yán)重路段4 cm 厚的SAC-16 上面層，銑刨后區(qū)域使用4%SBS+5%PE 的AC-16 Ⅰ改性瀝青混合料鋪筑至原路面標(biāo)高，并加鋪3 cm 厚的SMA-13 面層。

2 混合料配合比設(shè)計(jì)

2.1 原材料

為保證SMA 瀝青混合料性能，所選用的粗集料必須石質(zhì)堅(jiān)硬，且外表面呈粗糙狀，大體形狀應(yīng)當(dāng)近似正方體。在綜合考慮采購(gòu)費(fèi)用、運(yùn)輸成本的基礎(chǔ)上，最終選用工程所在地一石料廠生產(chǎn)的粒徑2.36～4.75 mm、4.75～9.5 mm、9.5～13.2 mm 的優(yōu)質(zhì)花崗巖破碎料，并具備良好的嵌擠能力。集料針片狀含量≤10%，壓碎值≤25%，性能均滿足標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試驗(yàn)和車轍試驗(yàn)[1]檢測(cè)結(jié)果。

填料選用與瀝青黏附性能為5 級(jí)的石灰石礦粉，礦粉必須干燥潔凈，無(wú)雜質(zhì)，并能從礦粉包裝內(nèi)自由流出。礦粉和集料技術(shù)性能均滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/F40—2017），且礦粉、粒徑0～2.36 mm、2.36～4.75 mm、4.75～9.5 mm、9.5～13.2 mm 的集料按照8 ∶13 ∶7 ∶32 ∶40 的比例配備。

SMA 混合料選用性能滿足重交通道路石油瀝青的AH-90 瀝青，與集料黏附性應(yīng)不小于4 級(jí)，并具備較好的感溫性能。

SMA 瀝青瑪蹄脂混合料穩(wěn)定劑主要采用松散絮狀木質(zhì)素纖維，該類型的穩(wěn)定劑所能承受的干拌和溫度高達(dá)125 ℃，具體摻量應(yīng)嚴(yán)格依據(jù)瀝青混合料質(zhì)量的0.3～0.4%控制，摻量允許誤差控制在素纖維質(zhì)量的±0.5%。

2.2 配合比設(shè)計(jì)

確定出三種不同的級(jí)配，具體見表1。4.75 mm 篩孔通過率依次為31.4%、28.6%和25.3%。依據(jù)施工技術(shù)規(guī)程的要求展開不同級(jí)配下?lián)v實(shí)密實(shí)狀態(tài)粗骨料骨架緊裝空隙率的檢測(cè)與測(cè)定，并按照6.0%的瀝青用量制備混合料試件，以測(cè)定粗集料骨架間隙率和礦料間隙率。在滿足粗集料骨架間隙率≤粗集料骨架緊裝空隙率且礦料間隙率>16.5%的基礎(chǔ)上展開級(jí)配確定[2]，試驗(yàn)結(jié)果見表2和表3。結(jié)合表中試驗(yàn)結(jié)果，2#級(jí)配各項(xiàng)性能均較為理想，為此，以2#級(jí)配為該公路瀝青路面初選設(shè)計(jì)級(jí)配。

表1 SMA-13 礦料級(jí)配設(shè)計(jì)結(jié)果

表2 粗集料骨架緊裝空隙率測(cè)試結(jié)果

表3 初級(jí)級(jí)配體積分析

在初步選定的2#級(jí)配的基礎(chǔ)上，分別按照5.7%、6.0%、6.3%、6.6%的瀝青用量制備試件，并展開馬歇爾試驗(yàn)。結(jié)果見表4 和圖1。結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果，在瀝青用量取6.3%時(shí)，馬歇爾試件各項(xiàng)指標(biāo)取值均滿足規(guī)范，考慮到該試驗(yàn)段瀝青路面交通量大、軸載重，故以6.3%為最佳瀝青用量。

表4 馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

圖1 馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果關(guān)系曲線

3 施工過程及質(zhì)量控制要點(diǎn)

3.1 施工準(zhǔn)備

SMA-13 瀝青混合料結(jié)構(gòu)空隙先通過細(xì)集料和纖維穩(wěn)定劑填充，再通過瀝青充分黏結(jié)。為加強(qiáng)施工過程及質(zhì)量控制，在進(jìn)行SMA 瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)依次展開目標(biāo)配合比、生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)，并將設(shè)計(jì)結(jié)果應(yīng)用于工程實(shí)踐后根據(jù)應(yīng)用效果進(jìn)行生產(chǎn)配合比的驗(yàn)證，最終確定出契合公路實(shí)際的集料摻配比及最佳瀝青用量。其中，目標(biāo)配合比主要通過現(xiàn)場(chǎng)馬歇爾試驗(yàn)得到；生產(chǎn)配合比則按照目標(biāo)配合比熱拌并二次篩分后進(jìn)行馬歇爾標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)而確定[3]；經(jīng)過路段鋪筑試驗(yàn)確定最終配合比。

以K41+000～K41+500 段為試驗(yàn)段，主要展開設(shè)計(jì)階段所確定的生產(chǎn)配合比、松鋪系數(shù)等的驗(yàn)證，進(jìn)而確定施工機(jī)械組合、攤鋪及壓實(shí)施工工藝，以改進(jìn)和優(yōu)化施工工藝。

3.2 混合料拌和及運(yùn)輸

SMA 瀝青瑪蹄脂混合料的拌和工藝與普通瀝青混合料拌和工藝基本一致，但應(yīng)加強(qiáng)木質(zhì)素纖維投加時(shí)機(jī)及分步拌和時(shí)間的控制。具體而言，SMA 瀝青瑪蹄脂混合料干拌和時(shí)間超出普通瀝青混合料干拌和時(shí)間3～5 s；在向拌和樓中噴灑瀝青后的濕拌和時(shí)間應(yīng)比普通瀝青混合料濕拌和時(shí)間延長(zhǎng)5 s。安排專人檢測(cè)控制各級(jí)加熱溫度，其中瀝青、礦料加熱溫度應(yīng)分別控制在150～160 ℃、180～190 ℃，混合料出廠溫度應(yīng)不超出160～170 ℃。

通過大噸位自卸車進(jìn)行SMA 混合料運(yùn)輸，在裝料前，必須在車廂內(nèi)側(cè)板和底板面均勻噴灑隔離劑。裝料時(shí)，應(yīng)依次向車斗前、后、中部放料，以減少混合料離析。裝料結(jié)束后必須使用苫布覆蓋混合料，運(yùn)輸途中車輛應(yīng)勻速前進(jìn)，避免車身顛簸、急剎車等現(xiàn)象的出現(xiàn)。

3.3 攤鋪、碾壓

通過大功率吹風(fēng)機(jī)徹底吹除下承層表面松散、脫粒、雜物，在徹底消除影響面層攤鋪質(zhì)量的不利因素后，還應(yīng)通過人工方式按照設(shè)計(jì)用量（上下浮動(dòng)±0.5%）在下承層表面均勻?yàn)⒉拣佑?。在黏層油風(fēng)干以前通過履帶式攤鋪機(jī)械，并以浮動(dòng)基準(zhǔn)梁為平整度及縱向基準(zhǔn)控制手段[4]。在攤鋪前將熨平板預(yù)熱至100 ℃以上，按照與供料速度及壓實(shí)速度相匹配的原則確定攤鋪速度，避免攤鋪中斷。該公路SMA 混合料攤鋪速度為1～3 m/min。

SMA 混合料攤鋪后必須緊跟碾壓，應(yīng)當(dāng)將碾壓折回的位置與攤鋪機(jī)之間的直線距離控制在5 m 以內(nèi)，且壓路機(jī)以梯隊(duì)形式前進(jìn)循環(huán)作業(yè)。試驗(yàn)段施工結(jié)束后根據(jù)施工質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果及控制要求，最終確定出的各個(gè)階段施工參數(shù)取值見表5。在終壓階段，每振動(dòng)1 次的振壓長(zhǎng)度應(yīng)不大于25 m；各碾壓階段的碾壓速度必須均勻，壓路機(jī)應(yīng)按直線前行；振動(dòng)壓路機(jī)相鄰兩次碾壓過程中輪痕之間的重疊寬度不得超出20 cm的范圍。根據(jù)環(huán)境溫度、風(fēng)速等把握碾壓時(shí)間，碾壓結(jié)束時(shí)的路面溫度應(yīng)至少達(dá)到110 ℃。

表5 碾壓施工參數(shù)

為保證SMA 瀝青瑪蹄脂路面結(jié)構(gòu)的整體性，防止人為設(shè)置接縫后，增大接縫處滲水的可能，故在施工過程中無(wú)須設(shè)置縱向冷接縫，橫向接縫也必須嚴(yán)格按照平接縫的形式設(shè)計(jì)與設(shè)置。設(shè)置好后通過清水沖洗接縫，用鼓風(fēng)機(jī)將接縫處水分徹底吹干后噴灑黏層瀝青并鋪筑混合料。完成SMA 路面施工后，待路面自然冷卻至50 ℃以下方可開放交通。

4 結(jié)論

綜上所述，SMA 瀝青瑪蹄脂混合料施工技術(shù)性強(qiáng)、協(xié)調(diào)面廣，對(duì)于高速公路路面的維修與補(bǔ)強(qiáng)十分適用。對(duì)于舊路面維修罩面而言，必須通過整修或加鋪處理以保證舊路面強(qiáng)度。SMA 混合料造價(jià)相對(duì)較高，為避免材料損傷浪費(fèi)，必須在正式施工前展開拌和及鋪筑試驗(yàn)，確定出合理的施工參數(shù)指導(dǎo)施工；對(duì)于軟土路段及填方路段等路基尚不穩(wěn)定的區(qū)域，應(yīng)避免直接鋪筑SMA 路面。工程實(shí)踐也表明，集料級(jí)配、顆粒形狀、堅(jiān)韌性及棱角性等是否滿足要求是保證SMA 瀝青瑪蹄脂混合料性能的關(guān)鍵，SMA 瀝青用量是否合理，施工溫度控制是否嚴(yán)格，拌和及碾壓工藝是否適用，均對(duì)SMA 施工成敗有直接影響。